３大型耐久性浮漁礁の観測データを用いた琉球諸島周辺海域における吹送流解析
水谷学・小賀百樹（琉球大・理）・鹿熊信一郎（沖縄県水産課）
下条武（沖縄県水産海洋研究センター）

１ はじめに

本研究では，ニライの観測データを使用し，それエクマンの理論では，定常的に同一方向に風が吹らに単純な一次元表層スラブモデルをあてはめるこ

くと，吹送流の流向は北半球では海面で風向の右 45とにより，風の場の変動に対する吹送流の応答特性度となる．しかし，現実の海洋では，理論に一致す等の把握を試みる．

るエクマン流は容易に実現しない．現実の流れには，一般流，潮流，風波などの流れも重なり，吹送流だ
けを観測することは困難である．また定常性も必ずしも保証されていない．
水平方向に一様でない（移流のある）流速の鉛直分布を含めたさまざま流れの効果を入れた表層流を数値計算法により再現することは可能であるかもしれない．しかし，数値計算でのパラメータ（摩擦項

第 1 図 大型耐久性浮漁礁（ニライ）の設置位置など）の不確定さは残る．表層海洋の議論では，使いやすく，複雑でない吹送流（偏角・流速値）の推２ 使用データ算モデルが必要であろう．単純な一次元表層スラブ

ニライには，風向風速計が海上 7ｍのデッキ上部モデルを使用することで，風の場の変動に対する吹に，流向流速・水温計が水深 4ｍ部に取り付けられ，送流の応答特性をおおよそ把握することができる．

1 時間ごとに観測される．本研究では，風と流れのまた，このようなモデルでは，パラメータ設定や計データが同時観測されているニライ 12（西表北），算が単純で実用的である．

13（粟国北），14（伊平屋西），15 号（宮古北西）の沖縄県水産試験場は，1995 年 6 月以降琉球諸島周風向風速と流向流速の観測データを使用する．特に，辺海域に多数の大型耐久性浮漁礁（以下，ニライ）観測期間（1999 年〜2003 年）の中から，欠測やエを設置（第 1 図）し，海上風と表層流を観測してきラーの少ない期間のデータを選び，解析データとした．同実測資料を用いた鹿熊（2002）の解析によるた（第 1 表）
．1 日ないし半日の周期をもつ潮流の影と，ニライ 13 号の 2000 年 4 月の吹送流は，風向の響を除くため，風と流れのデータには 25 時間のバ

右 32 度，風速の 2.5％などの結果が得られている．

ターワース型ローパスフィルタをかけた．

第 1 表 各ニライの風速・流速のデータ期間．Curr.は流速，Wind は風速，実線が利用可能であるデータ期間を示す．

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３ 鉛直一次元表層スラブ（slab；厚板）モデル

選択条件として，①風速が大きく，②偏角が−45 度

流向と流速を調節できる鉛直一次元表層スラブモ≦ θd ≦135 度（明らかに吹送流的でない偏角デーデルを作成した．このモデルは，表層流を深さによタの除去）を考える．風速のしきい値を変え，観測らない流速をもつスラブ（厚さ：D）で近似する．

値から吹送流の偏角の頻度分布を作成し，偏角の平スラブモデルのイメージを第 2 図に示す．

均値をもとめる．風速のしきい値が大きい方が吹送流の寄与が大きいとはいえ，データ数もほどほど確保する必要もあり，風速を 9 m/s 以上とした．その結果，偏角の頻度分布（第 3 図）はおおよそ正規分布を示し，平均値は風向の右 37.8 度となった．

第 2 図 鉛直一次元スラブモデルのイメージ図．
鉛直一次元スラブモデ
ルの吹送流．表層スラブで単純化しているが，時間変化も扱いが比較的容易である．

導出の詳細は省略するが，この仮定のもとでは風による強制力（U0,V0）を外力とするスラブの流速

第 3 図 観測された表層流の風向に対する偏角の頻度分布．一点鎖線は平均値を示す．

（U,V）の方程式は(1)，(2)式となり，線型周波数応答問題として取り扱うことができる（周期的に変化する強制力に対する吹送流の応答（偏角，振幅比）（2）偏角から摩擦パラメータγの推定は解析的に解くことができ，結果は第 4 図のように実測の風のデータを入力値として 1 ヶ月単位で 1なる）．モデルの実質的なパラメータは，摩擦の係数

時間ごとの吹送流を計算し，（1）と同様の方法でモγとスラブの厚さDの二つである．式(3)に定義したデルの吹送流の偏角の平均値を求める．実測の偏角ように，γはおもに拡散係数 Az を表現しなおしたも37.8 度に一致するモデルのパラメータγは 1.11×fのである．となる．ただし，このγ値を使用して再度吹送流を∂U= fV + fU 0 − γU (1)，∂tγ ≡ρ w Az
D2(3)， U 0 ≡∂V= − fU + fV0 − γV (2)∂tτ ηxρ w fD(4)， V0 ≡τ ηy
ρ w fD(5)（ ρ w ：海水の密度， Az ：拡散係数， f ：コリオリ求めると，偏角分布の標準偏差は 7.4 度となった．
この結果をモデルの周波数応答図に重ねて示せば第4 図（図中の影部分）のようになる．偏角が 37.8±7.4 度のとき，風の周波数域を 2 日から 30 日とすると，とりうるγの値は(1.02〜2.48)×f となる．

パラメータ（本海域の平均値；0.6355×10-4 (1/s)），τ ηx , τ ηy ：風応力）（3）厚板パラメータ D の推定

これらのパラメータは，モデル計算の結果が観測推定したγ＝1.11×f を用いモデル計算をし，流速値に合うように決められる．なお方程式は線型で偏の大きさが実測とモデルの計算結果の差が一番小さ

角の特性は流速の大きさ（パラメータ D）に強く依くなるようにパラメータ D を見積もった．
その結果，存しないので，手順としては観測から得られた偏角

月別の D の値は 5〜14 m となり，平均値は 9.7 ｍ（ θ d = 流向−風向）に合うようにモデルのγをまとなる．この値は流速計の設置深度 4 m の約 2 倍でず決定し，次に D を決定する．

あり，表層流を流速計の設置深度を中央水深としたスラブにより近似したことに相当する．
風速に対するモデルの流速の比率は D の値に依存

４ 解析方法・結果して変化し，およそ 1.0 〜 2.7 ％の値をとる．D の（1）観測より求められた吹送流の偏角吹送流の寄与が大きいと期待できるデータ期間の平均値（9.7 ｍ）に対しては，比率はおよそ 1.4 ％- 8 -となる．と観測値の南北・東西成分に分けた流速の相関をとると，相関係数はそれぞれ南北成分では約 0.86，東西成分では約 0.69 となり，高い相関が得られた．これはパラメータγの値が観測値の吹送流の偏角によく合っていることを示す．

第 5 図 ニライ 15 号の 2001 年 9 月におけるモデル計算による吹送流と観測値の風速と流速の１ヵ月間の時系列．黒線はモデル計算の吹送流，赤線は風速，青線は流速である．各図は（a）絶対値，（b）南北成分（正は北向き），（c）東西成分（正は東向き）を示す．

第 4 図 風向が周期的に変化するときのパラメータγと風の周波数ωに対する（a）流速の偏角θdと（b）振幅比の関係．
（b）は定常解の振幅に対する非定常解(周期変化する)の振幅比（4）吹送流の再現
モデル計算の整合性をみるために，推定したパラ５ まとめメータγ（1.11×f）と D の値（9.7 m）を使用し，観測値から吹送流の偏角θdは風向の右 37.8 度と吹送流の再現をする．吹送流がよく再現されているなり，そのときのスラブモデルのパラメータγのとか確認するため，流れの成分で吹送流の寄与が最もりうる範囲は解析解から 1.02×f 〜 2.48×f，数値大きいと思われるニライ 15 号の 2001 年 9 月の 1 ヶ解からは 1.11×fとなった．Dの値は月別で若干の違月のデータを使用する．風速と流速の変動のパター

いはあるものの約 10 ｍであり，観測深度（4 ｍ）ンをみるために，時系列を風速，流速の観測値と流の倍程度の表層スラブを考えたことになる．推定し速のモデル値を絶対値と南北・東西成分で第 5 図にたγとDを使用し吹送流を再現した結果，モデルの整示す．

合性と偏角の妥当性が確認された．

（a）より，風速が大きくなっていくところでは，モ今後の課題として，衛星の海上風のデータを使用

デルの吹送流速は観測値の流速よりも大きくなる傾

し，琉球諸島周辺海域の吹送流の面的季節分布の再向がある．これは，2001 年 9 月には台風 16 号が琉現を試み，その流況特性をみることがある．

球諸島周辺海域に長い間滞在しており，そのため風の効果が大きくでていると考えられる．
（b）と（c）

参考文献

より，モデルの吹送流と観測値の流速のパターンは

鹿熊信一郎，2002：耐久性浮漁礁漁場の吹送流，南北・東西成分でよく合っている．モデルの吹送流- 9 -

平成 12 年度沖縄県水産試験場事業報告書